background image

1.Co to jest stop i jak może być wytwarzany 

STOPAMI  –  nazywamy  substancje,  w  których  atomy  drugiego  rodzaju  wprowadza  się  celowo, 
dla  uzyskania  określonych  własności  mechanicznych,  fizycznych  lub  chemicznych.  Poprzez 
odpowiedni  dobór  stężenia,  rodzaju  i  ilości  składników  można  zmieniać  własności  stopów  w 
szerokich granicach. 

Stopy można wytwarzać przez 

►  stopienie dwóch lub więcej pierwiastków 
►  spiekanie, 
►  elektrolizę, 

sublimację (w tym przypadku otrzymuje się tzw. pseudo stopy). 

2.  Zdefiniuj pojęcie roztworu stałego i podaj jego rodzaje 

W  stanie  ciekłym  stopy  występują  jako  jednorodna  ciecz,  w  której  składniki  stopowe 
wzajemnie  się  w  sobie  rozpuszczają.  Jeżeli  po  przejściu  w  stan  stały  otrzymana  faza 
zachowuje zdolność dalszego wzajemnego rozpuszczania się w sobie, wówczas taka faza stała 
nosi nazwę roztworu stałego
W odróżnieniu od mieszaniny, roztwór stały jest jednofazowy, występuje w nim jeden rodzaj 
kryształów i jeden typ sieci krystalicznej. 
W  odróżnieniu  od  związku  chemicznego,  roztwór  stały  nie  wymaga  ściśle  określonego 
stosunku składników, lecz istnieje w pewnym zakresie ich wartości. 
Cecha  r.  s.  jest  występowanie  pierwiastków  stopowych  jako  autonomicznych  składników, 
przy jednoczesnym wytworzeniu jednorodnego typu sieci krystalicznej. 
Rodzaje: 
o nieograniczonej rozpuszczalności(Stopy mają strukturę jednofazowa w całym zakresie w 
całym  zakresie  składów  chemicznych,  a  maksymalny  wpływ  pierwiastka  stopowego 
występuje  przy  zawartości  około  50  %  W  roztworach  stałych  zostaje  zachowana  sieć 
krystaliczna metalu rozpuszczającego. 
Taki typ roztworu tworzą pierwiastki: 1.mające jednakowy typ budowy sieci krystalicznej 
2.zbliżoną wielkość atomów składowych) 
o  ograniczonej  rozpuszczalności(Taki  typ  roztworu  tworzą  pierwiastki:  1.    nie  mające 
jednakowego  typu  budowy  sieci  krystalicznej  2.  wykazujące  różną  wielkość  atomów 
składowych ) 

3.fazy elektronowe (Hume-Rothery`ego)-

 

kryterium stężenia elektronowego 

fazy Lavesa- kryterium wielkości promieni atomowych 
fazy międzywęzłowe i o strukturach złożonych-kryterium wielkości promieni atomowyc 
fazy  Sigm-  kryterium  struktury  elektronowej  atomów  pierwiastka  stopowego  –  czynnik 
elektrochemiczn 

4.Z wykresu możemy odczytać zakresy stabilności faz ciekłych i stałych występujących w danym 
układzie w zależności od temperatury i składu chemicznego.
 

5.Podaj sposób tworzenia wykresów równowagi faz i określ punkty, linie i struktury charakterystyczne 
na  podstawie  wybranego  typu  wykresu  równowagi  faz.Dwa  składniki,  z  których  jeden  nazywać 
będziemy  metalem  A,  a  drugi  metalem  B,  tworzą  po  stopieniu  stopy,  których  przebieg  topnienia  i 
krzepnięcia  zależy  od  procentowej  zawartości  składników.  Głównym  celem  analizy  cieplnej  jest 
wyznaczenie  temperatury  początku  i  końca  krzepnięcia stopu
, a ponadto niektórych przemian w 
stanie  stałym.W  celu  przedstawienia  procesu  przemian  podczas  krzepnięcia  stopów 
dwuskładnikowych można posłużyć się specjalnym układem odniesienia, ujmującym dwie zależności: 
skład chemiczny i temperaturę. Oś pozioma służy do oznaczenia składu chemicznego stopu. W lewym 
początkowym  punkcie  układu  zawartość  metalu  A  wynosi  100%.  Nie  ma  tu  oczywiście  metalu, 
B,czyli  można  napisać,  że  zawartość  metalu  B  w  początkowym  punkcie  układu  wynosi  0%.Linię 
łączącą punkty początku krzepnięcia nazywa się likwidusem, a linię łączącą punkty końca krzepnięcia 

background image

solidusem.  

Miejsce,  w  którym  dwie  gałęzie  likwidusu  przecinają  się  ze  sobą,  nazywa  się  punktem 
eutektycznym.Eutektyka n(gr.dobrze zbudowany)
 

6.Narysuj krzywą krzywą  studzenia żelaza i określ czym różni się żelazo a od żelaza y 

 

 

►  Żelazo  α  ,  termodynamicznie  trwale  od  niskich  temperatur  do  temperatury  910°C  oraz  od 

temperatury  1390  do  1534°C,  ma  strukturę  krystaliczną  o  sieci  regularnej  przestrzennie 
centrowanej.  Warto  wspomnieć,  że  wysokotemperaturową  odmianę  żelaza 

  często  nazywa 

się żelazem δ. 

►  Żelazo 

, termodynamicznie trwałe w temperaturach 910 do 1390°C, ma strukturę krystaliczną 

o sieci regularnej ściennie centrowanej. 

►  Gęstość żelaza α w temperaturze 20°C - 

 7,86 g/cm3, 

►  gęstość żelaza 

 w temperaturze 916°C -  

8,05 g/cm3. 

7.Wykres  żelazo  węgiel  oraz  rodzaje  występujących  na  nim  przemian  punktów  i  linii 
charakterystycznych, 

faz.

 

8.zaznacz  na  wykresie  obszary  występowania  stopów  żelaza  z  węglem  wykorzystywanych  w 
konstrukcjach inżynierskich.???? 

9. klasy jakości stali niestopowych 

background image

perlityczną, martenzytyczną i austenityczną. Stale klasy perlitycznej cechuje dość mała zawartość w 
stali pierwiastków stopowych, stale klasy martenzytycznej zawierają więcej, stale klasy austenitycznej 
najwięcej tych pierwiastków. 

 

10.podział stali ze względu na zastosowanie(oznakowanie stali) 

►  Stale  konstrukcyjne  (maszynowe)  stosowane  głównie  do  wyrobu  części  maszyn.  Na  ogół 

stale te są obrabiane cieplnie u odbiorcy (tj. w zakładach budowy maszyn) i dlatego dzieli się 
je na stale konstrukcyjne do nawęglania (poddaje się je nawęglaniu) i stale konstrukcyjne do 
ulepszania  cieplnego  (poddawane  hartowaniu  z  następnym  odpuszczaniem,  w  praktyce 
niekoniecznie wysokim). 

►  Stale  dla  budownictwa  -  zbliżone  pod  względem  składu  chemicznego  do  stali 

konstrukcyjnych,  lecz  nie  obrabiane  cieplnie  u  odbiorcy,  (stosuje  się  je  głównie  w 
budownictwie). 

Stale narzędziowe używane są do wyrobu narzędzi skrawających, pomiarowych, stempli, matryc itp. 
Stale  narzędziowe  podzielono  umownie  na  cztery  kategorie:  narzędziowe  węglowe,  narzędziowe 
stopowe, matrycowe i szybkotnące. 

11. po co wprowadzane są do stali dodatki stopowe i wymień najczęściej wykorzystywane 

Przy dużej zawartości Cr i Ni,  np. 18% Cr i  9% Ni stale mają strukturę austenitu  stopowego o dużej 
odporności  na  działanie  kwasów  nieorganicznych  i  organicznych.  Pierwiastki  stopowe  takie  jak:  C  
0,2  –  1,4%,  Cr    12%  max  ,        W    18%  max,  Co      10%  max,  Mo      10%  max,  V        4%  max.
 
zapewniają  dużą  hartowność,  dużą  twardość  i  zachowanie  dużej  twardości  podczas  pracy  w 
podwyższonej  temperaturze  Zawartość  Cr  >  13%.  Powoduje,  że  na  powierzchni  stali  powstaje 
warstwa  pasywna,    zbudowana  z  tlenków  Cr  i    Fe,  o  zwartej  budowie,  spójna  z  podłożem,  
odnawiająca się, chroniąca metal przed korozją. 

Najczęściej stosowane: nikiel, kobalt, mangan, chrom, molibden, wolfram, manat, tytan,  niob i tantal, 
krzem, aluminium, miedź, bor, tlen, wodór, azot, fosfor, siarka, metale ziem rzadkich. 

12. klasy jakości stali stopowych 

►  stale stopowe jakościowe, 

►  stale stopowe specjalne. 

►  Stale  stopowe  jakościowe  są  przeznaczone  do  ulepszania  cieplnego  lub  utwardzania 

powierzchniowego. 

background image

►  Stale  stopowe  specjalne  dzięki  precyzyjnie  określonemu  składowi  chemicznemu 

odpowiednim  warunkom  wytwarzania  i  kontroli  procesów  produkcyjnych  maję  różnorodne 
własności  przetwórcze  i  użytkowe  często  uzupełniające  się  i  utrzymywane  w  zawężonych 
granicach. 

13. klasyfikacja stali stopowych według składu chemicznego. 

Stale stopowe dzieli się na stale: 

►  niklowe, 

►  chromowe, 

►  chromowo-niklowe, 

►  chromowo-niklowo-molibdenowe itp. 

►  Podstawą klasyfikacji jest tu zawartość w stali odpowiednich pierwiastków stopowych. 

14. co to jest żaroodporność i co to jest żarowytrzymałość. Przykłady stali 

Stale  żaroodporne  –  stale  odporne  na  korozyjne  działanie  gorących  gazów  lub  powietrza  o  temp. 
Wyższej niż 550ºC np. H18IS, H25T, H18N9S; 

Stale żarowytrzymałe – stale wykazujące w podwyższonych i wysokich temp. Bardzo dużą odporność 
na odkształcenia w wyniku długotrwałych obciążeń np. 12HMF, 22H2MN, 33H2NMI. 

15. wpływ poszczególnych pierwiastków na własności stali: 

Pierwiastki stopowe takie jak: C  0,2 – 1,4%, Cr  12% max ,    W  18% max, Co   10% max, Mo   
10% max, V    4% max.
 zapewniają dużą hartowność, dużą twardość i zachowanie dużej twardości 
podczas pracy w podwyższonej temperaturze. Zawartość Cr > 13%. Powoduje, że na powierzchni stali 
powstaje warstwa pasywna,  zbudowana z tlenków Cr i  Fe, o zwartej budowie, spójna z podłożem,  
odnawiająca się, chroniąca metal przed korozją. 

16. podział metali nieżelaznych ze wzgl na gęstość 

Metale nieżelazne a więc ich stopy można podzielić na dwie zasadnicze grupy: 

  Lekkie 

 

ciężkie. 

Kryterium  przynależności do  danej  grupy jest  gęstość,  której  graniczną  wartość  ustalono na  4,5 
Mg/m3. 

W grupie stopów lekkich znajdują się: Mg, Al oraz Ti, w grupie metali ciężkich: Cu, Ni, Co i Zn. 

17.charakterystyka aluminium 

 

małą gęstością wynoszącą ρ=2,7 Mg/m3 

 

znaczną odpornością na utlenianie

  niewielką opornością elektryczną 

 

dobrą plastycznością

18.

 

Stopy Al dzieli się na stopy przeznaczone do: 

background image

 

obróbki  plastycznej  (oznaczone  PA)  –  stopy  jednofazowe  (pomijając  wtrącenia  faz 
międzymetalicznych) 

  stopy odlewnicze (oznaczone AK) – stopy wielofazowe ze strukturą mieszanin eutektycznych 

z wydzieleniami faz międzymetalicznych 

19.charakterystyka  stopów  al.  Do  obróbki  plastycznej(umacniane  przez  roztwór,umacniane 
wydzielinowo,durale,stopy al. Z litem). 

Stopy do obróbki plastycznej to przede wszystkim stopy z magnezem, manganem, miedzią, cynkiem 
oraz dodatkami innych pierwiastków. 

Stopy przerabia się plastycznie na zimno lub gorąco. 

UMACNIANE  PRZEZ  ROZTWÓR,  mangan  Al-Mn  (seria  3000),  Al-Mg-Mn  (seria  5000). 
wyjątkowo skuteczne, szczególnie w przypadku znacznego przesycenia atomami Mg. 

Umożliwia  to  zarówno  duża  różnica  promieni  atomowych  Mg  i  Al  jak  też  znaczne  zmniejszenie 
rozpuszczalności Mg w Al wraz z obniżeniem temperatury. 

STOPY ALUMINIUM UMACNIANE WYDZIELENIOWO 

Utwardzanie  wydzieleniowo  (typu  AlMgSi,  AlCuMg,  AlZnMg,  AlZnMgCu)  o  strukturze  złożonej  z 
roztworu 

  na  bazie  aluminium  i  faz  międzymetalicznych.  Polepszenie  właściwości 

wytrzymałościowych  tych  stopów  uzyskuje  się  przez  obróbkę  cieplną  złożoną  z  przesycania  i 
starzenia. 

DURALEAl-Cu(3-5%) z dodatkami Mg i Mn zwane duralamin miedziowymi 

Zależnie od zawartości Cu stopy charakteryzują się: 

dużą plastycznością (< 3%Cu) 

wysoką wytrzymałością (> 4%Cu) 

Stopy te są stosowane na silnie obciążone elementy konstrukcji w tym również samolotów i pojazdów 
(np. AlCu4Mg1). Al-Mg(<1,5%) z dodatkami Si(aldrey) i Mn(anticorodal), 

Al-Si (ok.1%) z dodt. Cu (avia), 

Al-Zn(5-7%) z dodatkamiCu,Mn,Mg i Cr zwane duralami cynkowymi. 

Szczególnie  ten  ostatni  odznacza  się  wyjątkowo  wysokimi  właściwościami  wytrzymałościowymi 
dlatego jest stosowany na najsilniej obciążone elementy konstrukcji lotniczych oraz innych środków 
transportu. 

Ich wadą jest mała odporność korozyjna a szczególnie duża skłonność do korozji naprężeniowej

Stopy  aluminium  z  litem  (gęstość  0,53  Mg/m3),1%  Li  zmniejsza  gęstość  stopu  Al  o  ok.  3% 
zwiększając  równocześnie  sztywność  (moduł  Younga)  o  6%!  lit  wyjątkowo  korzystnie  wpływa  na 
wytrzymałość zmęczeniową w niskiej temperaturze (-196˚C!). 

20. charakterystyka odlewniczych stopów al.(wpływ krzemu na własności) 

SILUMINY+ stopy z układu Aluminium – Krzem Al-Si 

background image

 

Wpływ podstawowego składnika jakim jest krzem na właściwości siluminów 

SILUMINY 

podeutektyczne (4-10%Si), 

okołoeutektyczne (10-13%Si) 

nadeutektyczne (17-30%Si). 

Siluminy oznaczane są symbolem AK, po którym znajdują się cyfry wskazujące na średnią zawartość 
głównych dodatków stopowych, 

np. AK9- AlSi9(Mg) 

 

Siluminy, szczególnie okołoeutektyczne, odznaczają się: 

 

doskonałymi właściwościami odlewniczymi  – dobra lejność, mały skurcz odlewniczy i mała 
skłonność  do  pęknięć  na  gorąco  (bardzo  dobra  lejność  umożliwia  otrzymanie  elementów  o 
bardzo skomplikowanych kształtach i cienkich ściankach). 

 

całkiem  niezłymi  właściwościami  mechanicznymi,  które  można  jeszcze  znacznie  zwiększyć 
na drodze umacniania wydzieleniowego o ile stop zawiera dodatek Mg lub Cu. 

 

Wadą  siluminów jest  gruboiglasta eutektyka,  a  w  siluminach  nadeutektycznych  duże  iglaste 
wydzielenia krzemu pierwotnego, które znakomicie obniżają plastyczność stopów. 

Obok siluminów w grupie odlewniczych stopów Al znajdują się stopy Al-Cu (np. AlCu4 oznaczany 
symbolem AM), 

stosowane na odpowiedzialne odlewy dla przemysłu motoryzacyjnego i lotniczego. 

background image

Innymi  odlewniczymi  stopami  Al,  najczęściej  stosowanymi  po  siluminach,  są  stopy  Al-Mg 
(hydronalium), zawierające do 10%Mg. Swoją popularność zawdzięczają wyjątkowej odporności na 
działanie wody morskiej. 

21.przesycanie, starzenie. 

Przesycanie:  nagrzanie  stopu  do  temp.  30-50  C  powyżej  granicznej  rozpuszczalności  i  szybkie 
schłodzenie do temperatury pokojowej; stop uzyskuje metastabilną strukturę jednofazową 

Starzenie:  ekspozycja  przesyconego  stopu  w  temperaturze  pokojowej  lub  w  podwyższonej 
temperaturze,  ale  niższej  od  temperatury  granicznej  rozpuszczalności;    wzrost  właściwości 
wytrzymałościowych  w  wyniku  generacji  naprężeń  związanych  z  przemieszczeniami    atomów 
przesycających roztwór. 

 

22.charakterystyka tytanu. 

Tytan występuje w dwóch odmianach alotropowych α i β. Odmiana α (Ti α) istniejąca do temperatury 
882°C  krystalizuje  w  sieci  heksagonalnej  zwartej,  odmiana  β (Ti  β)  istniejąca powyżej  temperatury 
882°C aż do temperatury topnienia (1668°C) krystalizuje w sieci regularnej przestrzennie centrowanj. 
W temperaturze otoczenia czysty tytan ma  kolor srebrzysty i przypomina wyglądem stal nierdzewną 
lub nikiel. Gęstość tytanu αw temperaturze 20°C wynosi 4,507 g/cm3, tytanu β w temperaturze 900°C 
-  4,32  g/cm3.  Tytan  jest  metalem  paramagnetycznym.

 

Tytan  jest  metalem  o  dużej  wytrzymałości, 

zarówno w temperaturze otoczenia, jak i temperaturach podwyższonych, stosunkowo małej gęstości i 
dużej  odporności  na  korozję  w  powietrzu,  wodzie  morskiej  i  wielu  środowiskach 
agresywnych.Szczególnie cenną własnością tytanu jest jego wielka odporność na korozję chemiczną, 
dorównująca,  a  w  wielu  przypadkach  przewyższająca  odporność  korozyjną  austenitycznych  stali 
chromowo-niklowych.Istotną również cechą tytanu jest jego silne powinowactwo w stanie nagrzanym 
i ciekłym do gazów atmosferycznych (tlenu, azotu i wodoru), co powoduje, że we wszystkich prawie 
procesach technologicznych, w których tytan zostaje ogrzany do temperatury umożliwiającej dyfuzję 
wymienionych gazów, należy stosować atmosfery ochronne lub próżnię. 

23.charakterystyka stopów tytanu(jednofazowe stopy a, dwufazowe stopy a+b, jednofazowe stopy b)

 

Aluminium,  tlen,  azot  i  węgiel  podwyższają  temperaturę  przemiany  tym  samym  zwiększają  obszar 
istnienia tytanu α. Stąd często noszą one nazwę stabilizatorów fazy α. 

Większość  pozostałych  pierwiastków  stopowych  (np.  moliben,  wanad,  niob, tantal, chrom,  mangan, 
żelazo,  wodór)  obniża  temperaturę  przemiany  i  rozszerza  obszar  istnienia  tytanu  β.  Te  pierwiastki 
noszą nazwę stabilizatorów fazy β. 

Osobną  grupę  stanowią  pierwiastki,  których  wpływ  na  temperaturę  przemiany  alotropowej  jest 
nieznaczny. Należą tu cyna, cyrkon, tor, hafn i inne. Te pierwiastki nazywa się zwykle neutralnymi.

 

Stopy  tytanu  w  zależności  od  struktury  występującej  w  temperaturze  pokojowej  (uzyskanej  przez 
odpowiedni dobór składników stopowych oraz ewentualną obróbkę cieplną) można podzielić na trzy 
główne grupy:

 

background image

jednofazowe  stopy  α,

 

Głównym  składnikiem  stopowym  w  stopach  α  jest  aluminium,  które 

podwyższa  wytrzymałość  i  zmniejsza  gęstość,  ale  pogarsza  plastyczność,  dlatego,  jego  zawartość 
ogranicza  się  zwykle  do  8%.  cyna  podwyższa  wytrzymałość  stopów,  nie  zmniejszając  jednak  ich 
plastyczności  i  zdolności  do  odkształceń  plastycznych  w  wysokich  temperaturach.  Jej  zawartość  w 
stopach α nie przekracza 6%. Podobne własności wykazuje cyrkon.

 

Niektóre stopy α obok aluminium 

zawierają  małe  ilości  (1-2%)  niektórych  pierwiastków  stabilizujących  fazę  β  (Nb,  Ta,  V,  Mo). 
Dodatek tych pierwiastków z jednej strony podwyższa wytrzymałość stopów, z drugiej - polepsza ich 
zdolność  do  obróbki  plastycznej  na  gorąco,  co  jest  szczególnie  ważne  w  przypadku  stopów 
zawierających  większą  ilość  aluminium.Jednocześnie  wysoka  zawartość  aluminium  równoważy  ich 
wpływ na strukturę, tak że stopy zachowują jednofazową strukturę α. Wszystkie stopy α cechuje dobra 
spawalność  i  żarowytrzymałość.  Pierwsza  własność  jest  wynikiem  jednofazowej  struktury,  druga  - 
obecności aluminium. Stopy a nie podlegają obróbce cieplnej poza wyżarzaniem rekrystalizującym i 
wyżarzaniem odprężającym, stosowanymi oczywiście w razie potrzeby.Umacnia się je jedynie przez 
zgniot, podobnie jak tytan techniczny.

 

dwufazowe  stopy  α  +  β, można podzielić na dwie podgrupy:

 

a) stopy zawierające tylko pierwiastki 

stabilizujące  fazę  β,b)  stopy  zawierające  pierwiastki  stabilizujące  fazę  β  i  aluminium.Warunkiem 
uzyskania  dwufazowej  struktury  α  +  β  jest  obecność  w  stopie  odpowiedniej  ilości  pierwiastków 
stabilizujących fazę β. Najbardziej odpowiednimi zarówno ze względu na własności ich roztworów w 
tytanie, jak i cenę są mangan, wanad, molibden, chrom i żelazo. Wszystkie te pierwiastki rozpuszczają 
się bardzo dobrze w tytanie β i bardzo słabo w tytanie α, w związku z czym ich wpływ na własności 
mechaniczne występuje przede wszystkim w fazie β.

 

jednofazowe  stopy  β.

 

można je uzyskaćprzez odpowiednią zawartość pierwiastków stabilizujących 

fazę  β,  przez  przechładzanie  z  obszaru  stabilnej  fazy  β  w  wyższych  temperaturach,  przy  stężeniach 
składnika  stopowego  niższych  od  stanu  równowagi.  Praktycznie  wykorzystuje  się  drugą  metodę, 
otrzymując jednak  stopy  β  o  strukturze  niestabilnej.cechy:

 

bardzo  wysoka  wytrzymałość,  zwłaszcza 

po  obróbce  cieplnej.  Na  przykład,  stop  Ti-13V-llCr-3Al  w  stanie  wyżarzonym  wykazuje 
wytrzymałość na rozciąganie       Rm = 930 MPa, w stanie przechłodzonym i starzonym    Rm = 1275 
MPa,  a  po  walcowaniu  na  zimno  i  starzeniu      Rm  =  1750  MPa,  co  czyni  go  metalem  o  najwyższej 
wytrzymałości  właściwej  ze  
wszystkich  tworzyw  konstrukcyjnych  gęstość  stopu  wynosi  4,85 
g/cm3.Spawalność    zarówno  w  stanie  wyżarzonym,  jak  i  starzonym.  Również  ich  obróbka 
skrawaniem nie przedstawia większych trudności. 

 

24.charakterystyka  miedzi.wysokie  przewodnictwo  elektryczne,  dobre  właściwości  mechaniczne,  
łatwe lutowanie i spawanie. 

25.charakterystyka stopów miedzi. 

 

brązy (miedź-cyna)Brązy  cynowe  Ilość Sn w brązach cynowych nie przkracza 20%Sn, a w 
przeznaczonych do obróbki plastycznej jest jeszcze mniejsza i wynosi do 8%. Brązy cynowe 
stosuje  się  na  elementy  od  których  wymaga  się  dużej  sprężystości  i  odporności  na  korozję. 
Brązy  cynowe  zawierają  często  dodatek  Zn  i  Pb  (zwykle  poniżej  5%)  zwiększające 
wytrzymałość i odporność na ścieranie a także skrawność. Na odlewy stosuje się głównie stop 
o  zawartości  10%Sn  (B10),  z  którego  wykonuje  się  silnie  obciążone,  podlegające  ścieraniu 
części  maszyn.  Dla  poprawienia  właściwości  ślizgowych  wprowadza  się  ok.  1%P.  Brązy 

background image

odlewnicze wieloskładnikowe, zawierające między innymi Zn i Pb, stosuje się na odporne na 
ścieranie elementy silników i osprzęt pojazdów (CuSn5Zn5Pb5). 

BRĄZY  ALUMINIOWE

 

charakteryzują  się  dobrymi  właściwościami  ślizgowymi  i  znaczną 

odpornością na korozję, zwłaszcza na działanie wody morskiej. Dzięki temu, a także ze względu na 
dobrą  odporność  na  kawitację  brązale  stosuje  się  w  przemyśle  okrętowym  na  odlewy  śrub 
napędowych  statków  (CuAl10Fe3Ni4Mn2).  Właściwości  mechaniczne  brązów  aluminiowych  silnie 
zależą od zawartości Al i osiągają optimum przy 9-10% Al. W brązach zawierających dodatek Ni i 
Mn, efekt ulepszania cieplnego może być spotęgowany przez utwardzanie dyspersyjne. 

BRĄZY  KRZEMOWE  I  MANGANOWE  używany  do  wyrobu  kół  zębatych,  części  pomp  oraz 
panewek  łożysk  pracujących  w  ośrodkach  korodujących  lub  zapylonych.  Ze  względu  na  małą 
skłonność  do  iskrzenia,  z  brązów  krzemowych  wykonuje  się  również  części  dla  przemysłu 
petrochemicznego i górnictwa. 

BRĄZ  BERYLOWYBrązy  berylowe  stosuje  się  do  wyrobu  sprężyn  amortyzatorów  lotniczych, 
niemagnetycznych  elementów  aparatury  precyzyjnej oraz  na  narzędzia  do  pracy  w  pomieszczeniach 
zagrożonych wybuchem. 

 

 

mosiądze (miedź-cynk) 

Mosiądze  są  stopami  Cu-Zn,  o  zawartości  cynku  do  48%Zn.  Właściwości  mechaniczne 
mosiądzów  zależą  od  zawartości  cynku  osiągając  optimum  dla  ok.  30%Zn

 

Obecnie  najczęściej 

stosuje  się  mosiądze  wieloskładnikowe  zawierające  dodatek  Pb,  Sn,  Mn,  Ni,  Fe,  Al  i  innych, 
których celem jest zwiększenie właściwości mechanicznych mosiądzów (Mn, Ni) i odporności 
korozyjnej (Sn, Al)
.

 

Mosiądze do obróbki plastycznej Posiadają budowę jednofazową i zależnie od zawarości cynku, 
a więc właściwości wytrzymałościowych są stosowane na 

 

łuski amunicji małokalibrowej (4%Zn), 

 

wężownice, membrany nanometrów (15-20%Zn), 

 

blachy do głębokiego tłoczenia (30-32%Zn) 

 

elementy kute i prasowane na gorąco(40%Zn). 

 

mosiądze  ołowiowe  -na  elementy  precyzyjne  obrabiane  metodami  obróbki  skrawaniem  (np. 
CuZn34Pb3), 

 

mosiądze cynowe (< 1%Sn) do wyrobu części dla przemysłu motoryzacyjnego (CuZn38Sn). 

 

mosiądze  wieloskładnikowe,  np.  CuZn38Al12Mn2Fe,  są  stosowane  na  części  w  przemyśle 
okrętowym, motoryzacyjnym a także chemicznym. 

 

Mosiądze  odlewnicze

 

Mosiądze  odlewnicze  zawierają  zwykle  38-40%Zn,  są  więc 

dwufazowe. 

 

Stopy  te  odlewa  się  zwykle  w  formach  metalowych  (kokilach),  które  zapewniają  dużą 
szybkość  chłodzenia  a  przez  to  odpowiednie  rozdrobnienie  struktury  zapewniające  dobre 
właściwości mechaniczne. 

 

Odlewy wykonuje się na ogół z mosiądzów wieloskładnikowych, zawierających aluminium, 
mangan oraz żelazo. 

background image

  Al  i Mn-  podwyższają odporność  na  działanie  wody  morskiej i stosuje  się je  na  odlewy  dla 

przemysłu okrętowego (CuZn30Al13), w tym odlewy śrub okrętowych (CuZn50Mn3Fe). 

 

Mosiądze wieloskładnikowe często zastępują znacznie droższe brązy cynowe. 

miedzionikle  (miedź-nikiel)  Miedzionikle  to  stopy  Cu-Ni,  w  których  zawartość  niklu  może  sięgać 
nawet 40%. Prócz niklu stopy te mogą zawierać do 1%Si i do 2%: Al, Fe, Mn. 

MIEDZIONIKLE wykazują 

 

dużą odporność na korozję, 

 

dobre właściwości mechaniczne (Rm=400-600 MPa,A10=15-30%) 

 

znaczny właściwy opór elektryczny

Miedzionikle można podzielić na dwie grupy; 

 

stopy odporne na korozję (np. CuNi30Mn1Fe) 

  stopy oporowe. 

Stopy są stosowane tylko po obróbce plastycznej w postaci blach, prętów lub drutów. 

Ze  stopów  tych  wykonuje  się  części  aparatury  chemicznej,  elementy  dla  przemysłu  okrętowego, 
narzędzia medyczne, monety itp. 

26.charakterystyka magnezu. 

•  gęstość magnezu (1,74 g/cm3) 

•   Ma barwę srebrzystobiałą.  

•  Temperatura topnienia czystego magnezu wynosi 650°C 

•  temperatury  topnienia  stopów  magnezu  460-650°C,(w  zależności  od  ilości  i  rodzaju 

składników stopowych) 

 

Magnez  jest  metalem  bardzo  aktywnym  chemicznie  i  łatwo  łączy  się  z  tlenem,  tworząc  na 

powierzchni  warstewkę  tlenków  MgO.  Warstewka  ta  jest  jednak  mało  szczelna  i  nie  chroni  metalu 
przed korozją. 

 

Z  tego  powodu  magnez  i  jego  stopy  są  na  ogół  nieodporne  na  korozję  (wyjątek  stanowi 

atmosfera suchego powietrza).  

W temperaturze 600-650°C magnez zapala się i płonie oślepiająco białym płomieniem, co wywołuje 
konieczność stosowania specjalnych środków zabezpieczających przy jego topieniu i odlewaniu.  

Techniczny  magnez  ma  niewielką  wytrzymałość  i  plastyczność.  W  związku  z  tym  magnez  nie 
znajduje zastosowania jako materiał konstrukcyjny.  

Wykorzystywany jest on natomiast w pirotechnice do produkcji rakiet sygnalizacyjnych i lotniczych 
bomb  zapalających,  w  przemyśle  chemicznym,  w  energetyce  jądrowej  jako  ciekły  nośnik  ciepła  w 
niektórych typach reaktorów oraz w metalurgii jako odtleniacz. W postaci stopów z miedzią i niklem 
używany jest także jako modyfikator żeliw. 

27. charakterystyka stopów magnezu z aluminiu mangan cynk cyrkon cer tor metale ziem rzadkich lit 
(przykłady)

 

Znacznie szersze zastosowanie przemysłowe znalazły stopy magnezu, które zależnie od 

background image

składu chemicznego, postaci i stanu osiągają wytrzymałość na rozciąganie  
w granicach 120-340 MPa. 

 

Głównymi składnikami tych stopów obok magnezu są:aluminium,  mangan,  cynk,  cyrkon, 

cer, tor, metale ziem rzadkich ,lit.  

•  cynk (do 7%)  

•  polepsza zarówno własności wytrzymałościowe, jak i plastyczne; 

•   mangan  

•  zwiększa odporność na korozję  

•  wywołuje rozdrobnienie ziarna;  

•  w  stopach  nie  zawierających  aluminium  zawartość  manganu  dochodzi  do  5%,  w 

stopach z aluminium,które zmniejsza rozpuszczalność manganu w magnezie, wynosi 
kilka dziesiętnych procentu; 

•  cyrkon (do 1%)  

•  polepsza własności mechaniczne i obrabialność stopów  

•  Wywołuje rozdrobnienie ziarna 

•  Lit 

•  gęstość wynosi 0,53 g/cm

2

, radykalnie zmniejsza gęstość stopów magnezu (każdy procent litu  

o 0,032 g/cm

3

),  

•  umożliwia uzyskanie stopów o dość wysokim stosunku wytrzymałości do gęstości, wyższym 

niż w przypadku wielu znormalizowanych stopów.  

•  Stopy mugnez-lit cechuje  

•  wyższa pojemność cieplna  

•  dobre 

własności 

niskich 

temperaturach  

(w przeciwieństwie do większości metali i stopów, stopy magnezu z litem nie są skłonne do 
przechodzenia w stan kruchy w niskich temperaturach).  

•  Przy zawartości ponad 10,5% Li  

•  stopy  te  można  przerabiać  plastycznie  na  zimno  lub  w  stanie  podgrzanym  do  temperatur 

średnio dwukrotnie niższych od temperatury przeróbki plastycznej na gorąco innych stopów 
magnezu. 

•   Konstrukcje    ze    stopów    magnez-lit    są  bardziej    sztywne    od    konstrukcji  o  tym  samym 

ciężarze, wykonanych z innych tworzyw metalowych, ze stalą i stopami tytanu włącznie.  

Zgodnie z układem równowagi stopy magnez-lit można podzielić na trzy grupy: 

  stopy 

  (roztwór  stały  litu  w  magnezie),  zawierające  do  5,7%  Li  (ciężarowo);  ich 

gęstość  jest  o  5-10%  mniejsza  od  gęstości  zwykłych  stopów  magnezu,  przy  mniej 
więcej takich samych własnościach mechanicznych; 

background image

  stopy 

 

 

zawierające 

ciężarowo 

5,7-10,4% 

Li.  

W miarę, wzrostu zawartości litu plastyczność tych stopów znacznie podwyższa się, 
jednocześnie jednak maleje wytrzymałość; 

stopy 

  (roztwór  stały  magnezu  w  licie),  zawierające  ciężarowe  ponad  I0,4%  Li.  Te  stopy 

charakteryzują  się  minimalna,  gęstością  (1,3-1,4  g/cm

3

),  duża  plastycznością  i  udarnością  oraz 

podwyższoną podatnością na przeróbkę plastyczną na zimno i na gorąco. Wytrzymałość ich jest niższa 
niż  zwykłych  stopów  magnezu,  ale  może  być  podwyższona  przez  wprowadzenie  dodatkowych 
pierwiastków stopowych. 

 

28.rodzaje i charakterystyka nadstopów 

Wyróżnia się 3 rodzaje nadstopów, a mianowicie o osnowie: 

  niklowej, 

stopy żarowytrzymałe o osnowie Ni Pierwiastki stopowe można pogrupować jako 

 

umacniające przez tworzenie z Ni roztworu stałego: Co, Fe, Cr, V, Mo i W; 

 

umacniające wydzieleniowo przez tworzenie faz typu γ’  – Ni3Al, Ni3Ti lub Ni3(Ti, 
Al); 

 

tworzące węgliki typu: MC, M6C, M7C3 oraz M26C6: Cr, Mo, W, V, Nb, Ta i Ti; 

 

segregujące do granic ziaren: B, Mg i Zr; 

stosowane  na    łopatki  turbin  w  silnikach  odrzutowych.  podstawowym  ich  odbiorcą  jest  przemysł 
lotniczy i energetyczny. 

 

 

żelazowej, 

ŻAROWYTRZYMAŁE STOPY ŻELAZOWO-NIKLOWE 

 

Stopy  żelaza  z  niklem  i  chromem  oraz  -  zależnie  od gatunku  -  z  molibdenem.  Wolframem, 
niobem, kobaltem, tytanem, aluminium, borem i in. 

 

charakteryzują się wysoką żarowytrzymałością i żaroodpornością, 

 

Stopy żelazowo-niklowe są stosowane zarówno w postaci lanej, jak i przerobionej plastycznie, 
zwykle po obróbce cieplnej (przesycanie i starzenie). 

  kobaltowo-niklowej 

ŻAROWYTRZYMAŁE  STOPY  KOBALTU  Wytrzymałość  ich  w  wysokich  temperaturach  (860 
÷1090°C) jest jednak niższa niż stopów niklu, co w pewnym stopniu ogranicza ich zastosowanie. 

 

Poważną natomiast zaletą stopów kobaltu jest 

 

tańsza technologia produkcji (nie wymagają topienia próżniowego) 

 

duża odporność na zmęczenie cieplne. 

 

Ta ostatnia cecha powoduje, że znalazły one zastosowanie na łopatki kierujące w dyszach inne 
części silników turboodrzutowych.

 

Dzielą się na: 

background image

 

stopy do przeróbki plastycznej 

  odlewnicze. 

 

Wszystkie  przemysłowe  stopy  kobaltu  zawierają  chrom,  który  podwyższa  ich  odporność  na 
korozję,  a  ponadto  -  zależnie  od  gatunku  -  różne  ilości  wolframu,  niklu,  niobu,  tantalu, 
molibdenu, aluminium i in. 

 

stopy  odlewnicze  wykazują  bardzo  dużą  odporność  na  ścieranie  i  pod  nazwą  stellitów  są 
wykorzystywane  także  jako  materiały  narzędziowe  oraz  do  napawania  powierzchni  części 
maszyn. 

 

Stopy  kobaltu  są  stosowane  bądź  w  stanie  surowym  (niektóre  odlewy),  bądź  obrobionym 
cieplnie (przesycanie i starzenie). 

 

 

29.charakterystyka metali trudnotopliwych. 

WOLFRAM I JEGO STOPY 

Szczególnymi zaletami wolframu są 

  bardzo wysoka temperatura topnienia (3415 °C) i 

 

wyjątkowa wytrzymałość w wysokich temperaturach, 

ujemnymi cechami są: 

 

duża gęstość (19,3g/cm3) i 

 

kruchość w niskich temperaturach. 

WOLFRAM, jak większość metali trudno topliwych, łatwo utlenia się w wysokich temperaturach, co 
powoduje konieczność stosowania pokryć ochronnych. 

 

Te  same  własności  cechują  stopy  wolframu  z  tlenkiem  toru  (l  lub  2%  ThO2),  wolframu  z 
renem (4% lub 25% Re) i molibdenem (15% Mo). 

 

Wolfram  i  jego  stopy  stosowane  są  doświadczalnie  w  konstrukcjach  lotniczych  i 
kosmonautycznych. 

NIOB I JEGO STOPY 

 

wysoka temperatura topnienia niobu (2468°C), 

 

Mała gęstość (8,57 g/cm3) 

 

plastyczność w temperaturach obniżonych 

 

obrabialność, lepsza niż molibdenu i wolframu. 

 

Poważną  wadą  niobu  i  jego  stopów  jest  mała  odporność  na  utlenianie  w  wysokich 
temperaturach i związana z tym konieczność stosowania specjalnych pokryć ochronnych. 

 

W podwyższonych temperaturach niob staje się miękki i 

background image

plastyczny,  ale  za  pomocą  pierwiastków  stopowych  można  jego  wytrzymałość  podwyższyć  do  tego 
stopnia, że stopy niobu z powodzeniem mogą konkurować z innymi metalami żarowytrzymałymi do 
temperatury 1815°C. 

Niob i jego stopy z molibdenem, wolframem, tantalem, cyrkonem, hafnem, tytanem,  wanadem i in. są 
zaliczane do najcenniejszych tworzyw żarowytrzymałych, głównie dzięki 

TANTAL L JEGO STOPY 

 

bardzo wysoka temperatura topnienia (2996°C) 

 

doskonała obrabialność i plastyczność, także w temperaturze poniżej -255°C, 

 

dobra spawalność. 

 

wysoka żarowytrzymałość. 

 

Wadą tego  pierwiastka jest 

 

duża gęstość (16,6 g/cm3), 

 

mała  odporność  na  utlenianie  w  wysokich  temperaturach  (powyżej  650°C)  i  co 
najważniejsze  niewielkie  zapasy  w  skorupie  ziemskiej  (ok.  1,5%  znanych  zapasów 
niobu). 

 

Stosowane  są  na  elementy  konstrukcyjne  pojazdów  kosmicznych  i  dysze  silników 
rakietowych,